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从常州走出去的世界“生物力学之父”——追忆中科院首批外籍院士冯元桢

2022-11-06   荔枝网   阅读量:208

    在浩瀚深邃的太空,飘荡着一颗被命名为“冯元桢星”的小行星。魂归天际近3年,常州籍院士冯元桢以这样的方式,永远活在苍茫宇宙间,在人类历史的长河中留下一丝光芒。

    抬眼,“冯元桢星”闪着微光。在他所从事的领域,冯元桢如同天空中最耀眼的金星,闪闪发光。

    冯元桢1919年出生于常州,是世界“生物力学之父”、中科院首批外籍院士、美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学院院士。1966年以前,冯元桢主要从事航空工程和连续介质力学方面的研究并取得卓著成果,其第一部专著已成为气动-弹性力学领域的经典著作。1966年以后,他致力于新兴交叉领域——生物力学的开拓,是举世公认的生物力学的开创者和奠基人。2019年,冯元桢去世,享年100岁。此前,国际天文学联合会将一颗小行星命名为“冯元桢星”,表示对他的崇敬。

    开创生物力学

    1937年,冯元桢考入中央大学(南京大学前身)航空工程系,1943年获该校硕士学位。随后,冯元桢赴美国加州理工学院读博士研究生,1948年获得学位并留校工作。此后一直到1966年,冯元桢主要从事航空工程和连续介质力学方面的研究。从航空工程领域跨专业到生物力学领域,这个转变,源自其亲人的一场疾病。

    上世纪50年代,远在常州的冯母患上了严重的青光眼。正在德国讲学的冯元桢听说后十分焦虑,翻阅不少有关青光眼的文献,并将译文邮寄回国内。母亲手术成功,冯元桢也对生物学产生了兴趣,并开始自学。

    1966年,冯元桢在加州大学从零开始,建立了全美也是国际上第一个生物工程系,采用数学分析方法及工程实验来研究生理学,用力学分析方法来研究生物组织。他在发现人体血球、血管、微循环方面取得了重大突破,发表了先驱性的“红细胞的零压力结构理论”,创立了著名的“冯氏毛细血管隧道理论”。他领导实验室取得了3个里程碑性质的科研成果: 一是生物软组织本构关系的研究,使得人和其他动物的生理和病理可以用数学的形式及物理、化学的分析来表达;二是肺血流动力学规律的研究,得出肺部血管的分布图,对临床疾病的诊断和治疗提供了极大帮助,这是传统解剖学手法很难弄清楚的;三是生物组织器官生长和应力关系的研究,提出的“冯元桢假说”,奠定了新兴“组织工程学”基础。

    冯元桢是第一位将工程理论应用于医学诊断、治疗和预防的开拓者。

    从小以学为乐

    冯元桢的童年在横林余巷村度过。他的父亲冯重光是当地知名画家,余巷冯氏也素来秉承“诗书传家”的传统。

    冯元桢家姊妹兄弟7人,他排行老二,是家里的大哥。在冯家人的记忆里,冯元桢自幼就十分好学、肯钻研。冯元桢大姐家的2个儿子高朋、高明回忆,从小母亲就让他们把舅舅当作学习的榜样去努力:“他在课堂上总是刨根问底,有时候把老师都难住了;生病发热一退烧就马上学习,特别抓紧时间;夏天蚊子多,他把脚放到坛子里,坚持读书。”

    冯元桢最小的妹妹冯玠尚在常州生活,她说:“我父亲还有弟兄两个,我哥哥出生,是三房唯一男孩,十分受宠爱。但是,他从小就很自觉、很勤奋、爱钻研。听我母亲说,哥哥在很小的时候可以把家里的钟定定心心拆开、再定定心心装回去。”

    从余巷小学毕业后,冯元桢随在京工作的父亲进了北京四中读初一。之后,他又随父返乡,就读于常州武进县立初中,后在苏州高中读书。

    这种勤奋钻研的精神,伴随了冯元桢一生。

    初创生物工程系,冯元桢需要创新设计研究课题、创造实验方法,甚至制作合适仪器。为此,他决定先从实际中寻找和发现问题。每逢周六早上,他和同事们摸黑开车,前往几百公里外的医院听病例讨论会,了解医生认为无法解决或解决得不好的问题。如此往返,他坚持了近两年。

    拳拳报国之心

    1937年夏,冯元桢高中毕业,准备报考南京中央大学机械工程系。其时,日军侵略我国,日军飞机不时在头顶盘旋。国难当头,他当即改考中央大学新设的航空系。这份报国之心,在冯元桢远走他乡醉心学术时未改分毫。

    1972年中美关系“破冰”,1973年,冯元桢就带领10位美国加州的教授来华访问。他是最早来华访问的学者之一。

    此后,只要国内有需要,他都抽身回来,努力把生物力学这门新兴学科带回祖国。1979年9—11月,他和助手同时在武汉华中工学院和重庆大学两地举办培训班,并亲自讲学。100多人参加这次培训,他们大多成为我国第一代生物力学研究队伍的骨干。其中,吴云鹏等3人在冯元桢的帮助下前往美国学习,并学成归来。吴云鹏成为我国生物力学及生物流变学创始人之一。

    2012年,曾在重庆大学跟随吴云鹏学习多年的邓林红来到常州,在常州大学创建了生物医学工程与健康科学研究院。2014年,邓林红前往美国圣地亚哥看望冯元桢时,冯元桢欣然题词:“希望常州大学生物医学工程与健康科学研究院取得成功,发展一流的生物力学学科!”邓林红记得,冯元桢嘱咐他:“好好干,把学科发展起来,造福全人类。”

    2021年,邓林红团队在细胞微组织生物力学领域取得突破性研究成果。该研究不仅证实了细胞微组织在不同力学边界条件下的力学响应差异非常巨大,更首次揭示了超软组织收缩过程中细胞收缩力与基质张力之间的动态变化关系。相关研究结果于2021年9月2日在线发表在国际著名期刊《美国国家科学院院刊(PNAS)》上,这是常州大学首次作为唯一作者单位在《PNAS》上发表研究论文。

    冯元桢一生都在为祖国生物力学界与国际学术界的交流接轨而努力,他曾这样说道:“希望华夏儿女,共同携手为人类健康而努力,合则发达。”

    斯人虽然逝去,但他播撒下的学术种子,正在家乡常州、在祖国各地生长繁茂。(姜小莉 唐晴)

    (来源:常州日报)

冯元桢
中国科学院外籍院士
美国国家科学院院士
力学、生物力学专家